2.2 脫脂

2.2.1 脫脂的目的是什么？

金屬制品在機械加工、存放或磨光與拋光過程中，都不可避免地要黏附油污，這層油污會在工件表面形成油膜，使鍍層與基體結合不牢固，產生起皮、起泡等現象，是化學鍍生產中產生次品的主要原因。同時油污還會污染鍍液，影響化學鍍溶液的性能。為了保證工件的化學鍍質量，使鍍層與基體結合牢固，基體材料在進行化學鍍之前必須先進行脫脂處理。

黏附于工件表面的油污可分為礦物油、植物油和動物油三種類型。按油脂的化學性質又可分為可皂化油和不可皂化油兩類。皂化油是由動植物制備得來的，不溶于水且密度比水輕，這些油脂能與堿作用發生皂化反應，生成溶于水的肥皂，所有的動物油和植物油均屬于該類油脂；另一類為不可皂化油脂，如礦物油，它們與堿不發生作用，該類油脂一般都不溶于水，而溶于有機溶劑，例如凡士林、石蠟和各種潤滑油等，均屬此類。

2.2.2 常用的脫脂方法有哪些？

常用的脫脂方法包括有機溶劑脫脂、化學脫脂、電化學脫脂、擦拭脫脂、滾筒脫脂和超聲波脫脂，也可將以上方法聯合使用，以達到更好的效果。常用脫脂方法的特點及應用范圍如表2-26所示。

表2-26 常用脫脂方法的特點及應用范圍

2.2.3 如何檢驗脫脂是否徹底？

檢驗脫脂是否徹底的方法如下所述：

（1）掛水試驗法 將被檢查的工件放入水中，然后提起，觀察掛水后水膜被油膜間斷的狀態。若工件表面有一層連續的水膜存在，無間斷狀態，即表示工件整個表面脫脂徹底；反之，脫脂不徹底，還應繼續進行脫脂。但是在乳化脫脂和置換脫脂時不能使用該方法，因為表面活性劑吸附在金屬或微量油膜表面，使水膜呈無間斷狀態，造成除盡的假象。

（2）水滴試驗法 又稱水珠試驗法。將水珠滴于工件表面上，若工件表面脫脂不徹底，水珠便滴成球形，當工件擺動時，球形水珠立即會滾落下來；反之，當脫脂徹底時，水滴則成水膜狀散布于工件表面上。

（3）酸液浸漬法 將脫脂后工件經水洗后浸入酸液中，浸漬20～30s，取出用水沖洗表面，若水膜呈無間斷狀態，則說明油脂已去除干凈。

2.2.4 有機溶劑脫脂有何特點？

有機溶劑脫脂是利用有機溶劑能溶解油脂的物理性質，將制品表面的油污除去的一種脫脂方法。其優點是能除去各類油脂，脫脂速度快，設備簡單，除特殊情況外一般不腐蝕被處理的金屬，適用于鋅合金或非鐵金屬與非金屬壓合的工件；缺點是脫脂不徹底，當附著在基體材料表面的有機溶劑揮發以后，其所攜帶的油污會在基體材料表面上少量殘留，必須補充脫脂。因大多數有機溶劑價格高，具有易燃性和毒性，操作場所要裝排風機。

2.2.5 脫脂常用的有機溶劑有哪些？

常用的有機溶劑有煤油、汽油、苯類、酮類、三氯乙烯、四氯化碳、酒精等，其中最有效的是三氯乙烯和四氯化碳，它們不會燃燒，可在較高溫度下脫脂，脫脂效率高，其缺點是有劇毒。一般采用煤油、汽油、苯類等有機烴類溶劑進行冷態浸漬或擦拭脫脂，這些有機烴類溶劑成本低，毒性小，對大多數金屬無腐蝕作用。常用有機溶劑的物理化學性質如表2-27所示。

表2-27 常用有機溶劑的物理化學性質

2.2.6 用三氯乙烯脫脂時有哪些注意事項？

在使用三氯乙烯進行脫脂時，需要注意的問題有：

1）設備密閉性良好，謹防蒸氣泄露。脫脂設備底部的集液池要有足量的三氯乙烯，一般應超過加熱器50mm，不高于工件托架高度。加熱器不能露出液面，采用水蒸氣加熱，蒸汽壓力不得超過0.2MPa，以控制三氯乙烯的汽化率。

2）三氯乙烯在紫外線照射下，受光、熱、氧氣、水的作用，會分解出劇毒的碳酞氯（即光氣）和強腐蝕的氯化氫。若在鋁、鎂金屬的催化下，這種分解作用更劇烈，因此采用三氯乙烯脫脂，應避免日光照射和帶水入槽。鋁、鎂工件不宜采用三氯乙烯脫脂。

3）嚴禁在脫脂設備附近出現火種及火情。及時撈出落入槽內的鋁、鎂工件，槽壁應涂以富鋅漆等防腐涂層，槽側需有抽風裝置。

4）三氯乙烯要避免與氫氧化鈉或水中pH值大于12的任何物質接觸。因為氫氧化鈉與三氯乙烯一起被加熱時，會產生二氯乙炔，容易發生爆炸。

2.2.7 什么是化學脫脂？化學脫脂有哪些類型？

化學脫脂是利用熱堿溶液對油脂進行皂化作用和乳化作用，除去可皂化性油脂；同時利用表面活性劑的乳化作用，以除去非皂化性油脂。該方法的主要特點是設備簡單，操作容易，成本低，脫脂液無毒且不易燃，能適用于一般的金屬工件脫脂，但脫脂時間較長，效率低。

化學脫脂分為堿性脫脂、酸性脫脂和低溫多功能脫脂等類型。

（1）堿性脫脂 這種方法的實質是依靠皂化和乳化作用，前者可以除去動植物油，后者可以除去礦物油。堿性脫脂既便宜又易操作，目前工業生產上大量使用的脫脂方法是堿性脫脂。

（2）酸性脫脂 酸性脫脂通常是由無機酸或有機酸中加入適量的表面活性劑混合配制而成，這是一種脫脂-除銹一步法工藝。金屬工件在這種脫脂液中，表面上的銹蝕氧化層溶于浸蝕液中，而油污則借助于表面活性劑的乳化作用被除去，這樣可同時達到脫脂和去銹的目的。該法僅適用于有少量油污的金屬工件，這種工藝比較簡單，設備用量少，節約占地面積、水和原材料。

（3）乳化脫脂 以表面活性劑為主體，或在煤油、汽油等一些物質中添加一些表面活性劑和適量的水，便成了具有乳化性能的脫脂液。乳化脫脂液脫脂速度快，效果好，能除去大量油脂，特別是全損耗系統用油、黃油、防銹油、拋光膏等。

（4）低溫多功能脫脂 傳統的高溫堿性脫脂工藝存在著溫度高（70～95℃）、效率低、能耗大、堿霧污染環境等缺點。為解決以上問題，現已開發出多種不同類型的低溫、低濃度、高效堿性脫脂劑。

2.2.8 常用堿性脫脂工藝有哪些？

常用堿性脫脂既適合于鋼鐵材料，又適合于大多數非鐵金屬，是應用最普遍的脫脂方法。常用堿性脫脂工藝如表2-28所示。

表2-28 常用堿性脫脂工藝

（續）

①陰極脫脂和陽極脫脂交替。

②鋁、鎂、鋅合金也適用。

③鋁合金也適用，溶液中應加適量緩蝕劑和較多的表面活性劑。

2.2.9 常用酸性脫脂工藝有哪些？

常用的酸性脫脂只適用于有少量油脂的金屬工件，當工件表面油脂較多時，應先用棉紗浸汽油擦洗。常用酸性脫脂工藝如表2-29所示。

表2-29 常用酸性脫脂工藝

注：工藝6為銅及銅合金脫脂工藝；工藝3、4為鋼鐵材料（氧化皮疏松）脫脂工藝；工藝1、2、5為鋼鐵材料脫脂工藝。

2.2.10 常用乳化脫脂溶液的組分是什么？

乳化脫脂有很好的可清洗性，脫脂能力強，速度快，特別適合于去除防銹油、全損耗系統用油、黃油、拋光膏等。常用乳化脫脂溶液的組分如表2-30所示。

表2-30 常用乳化脫脂溶液的組分

2.2.11 什么是電化學脫脂？

把即將進行脫脂的工件用工具懸掛在陰極或陽極上，并浸入脫脂溶液中，在電流的作用下除去表面油脂，這種脫脂的方法稱為電化學脫脂或電解脫脂。電化學脫脂的溶液組成與化學脫脂的溶液類似，一般為堿性溶液，脫脂溶液的濃度可以更低些。電化學脫脂使用的是直流電源，陰極用鎳板、鍍鎳鐵板、不銹鋼板等，它只起導電的作用，陽極不能使用鐵板。

電化學脫脂的機理如下：當表面黏附油脂的金屬工件浸入電解槽內時，堿性溶液與油脂之間的界面張力大大降低，油膜便產生裂紋。同時，由于通電使電極極化，電極與堿性溶液間的表面張力降低，溶液對金屬表面的潤濕性增加，堿性溶液便從油膜的裂紋處排擠油膜脫離金屬表面。

2.2.12 電化學脫脂的特點和適用范圍是什么？

電化學脫脂的特點是脫脂徹底，脫脂效率高，脫脂速度和效果比化學脫脂高數倍。電化學脫脂還能除去工件表面的浸蝕殘渣等雜質。但是電化學脫脂中的陰極脫脂易滲氫，深孔內的油污去除不夠徹底，并需有直流電源才能進行脫脂。這種方法適用于大部分工件的脫脂以及陽極去除浸蝕殘渣。

電化學脫脂是工業生產常用的脫脂方法，包括陰極脫脂法、陽極脫脂法和陰-陽極聯合脫脂法等，其特點及適用范圍如表2-31所示。

表2-31 電化學脫脂方法的特點及適用范圍

2.2.13 影響電化學脫脂效果的因素有哪些？

影響電化學脫脂效果的因素有電流密度、溶液成分和溶液溫度等。

（1）電流密度 提高電流密度，可以相應提高脫脂速度和改善深孔脫脂質量。但電流密度與脫脂速度不完全成正比。電流密度過高，槽電壓增高，電能消耗太大，形成的大量堿霧不僅污染空氣，而且還可能腐蝕工件（鋼鐵件陽極脫脂和鋁及鋁合金陰極脫脂，都可能產生腐蝕）。電流密度一般控制在5～15A/dm²。

（2）溶液成分 pH值發生變化時發生水解，生成NaOH可維持溶液的堿度，添加濃度應低于化學脫脂液。NaOH主要起導電作用，在工藝范圍內，提高NaOH濃度，可以提高電流密度，加快脫脂速度。此外，NaOH對鋼鐵表面有鈍化作用，可以防止鋼鐵工件在陽極脫脂時遭受腐蝕。添加低泡表面活性乳化劑，以免產生的大量泡沫浮在溶液表面上，阻礙氫氣和氧氣的順利溢出。

（3）溶液溫度 溶液要求一定的溫度是為了皂化作用和增加溶液的導電能力。提高溫度可以降低溶液的電阻，從而提高電導率，降低槽電壓。但溫度過高會消耗了大量熱能，造成空氣污染，且也有可能腐蝕鋁、鋅等金屬工件。合適的溶液溫度通常為60～80℃。

2.2.14 電化學脫脂的工藝有哪些？

電化學脫脂的工藝如表2-32所示。

表2-32 電化學脫脂的工藝

注：工藝1陰極脫脂和陽極脫脂交替進行；工藝5鋁、鎂、鋅也適用；工藝8鋁合金也適用，溶液中應加入適量的緩蝕劑和較多的表面活性劑。

2.2.15 什么是滾筒脫脂？

滾筒脫脂是一種機械化的擦拭脫脂方法。其原理是將脫脂工件和木屑以及弱堿性溶液等一同放入滾筒內，通過旋轉滾筒的作用，使工件和磨料相互磨削，達到脫脂目的。對于形狀簡單的工件，也可以不加木屑，直接加入脫脂溶液進行滾動脫脂。此方法適用于批量大、尺寸小而重量輕，用浸漬法脫脂易互相貼在一起或成團的工件脫脂。將這些工件放入滾筒內加上適當的磨料和脫脂液進行脫脂，效果好，成本低，操作方便。但對于易變形的薄片工件和有外螺紋的、精密度高的工件不適用。滾筒脫脂可以代替磨光、拋光去除氧化膜，降低勞動成本，提高勞動生產率。

2.2.16 滾筒脫脂前的滾光操作有何要求？

鋼鐵材料工件，一般應先用硫酸滾光1或2次后，再用堿液脫脂。在換堿液前，應用自來水沖洗凈硫酸。銅及銅合金的滾光也是在稀酸中進行。由于鋅既能溶于酸又能溶于堿，因而鋅及鋅合金脫脂只宜采用較稀的酸和較弱的堿，沒有生銹的鋼鐵工件，可直接采用堿液滾筒脫脂。

常用滾光溶液配方和工藝條件如表2-33所示。

表2-33 常用滾光溶液配方和工藝條件（單位：g/L）

2.2.17 什么是常溫脫脂？

常溫脫脂是通過表面活性劑分子滲透到油膜與金屬表面之間的界面上，取代油脂的位置，故又稱為置換脫脂。這種置換過程使用溫度不高，只需要較小的能量，節能效果顯著。用于常溫脫脂的表面活性劑，按其分子結構可分為4類：陰離子型、陽離子型、非離子型和兩性離子型，如表2-34所示。

表2-34 常溫脫脂用表面活性劑

2.2.18 常溫脫脂有哪些注意事項？

常溫脫脂時需要注意以下兩點：

1）使用濃度不能太高。在常溫脫脂劑中含有大量的無機堿、鹽類物質，若含量過高，會使表面活性物質發生“鹽析”反應，即在脫脂劑溶液表面浮出黏糊的物質，使脫脂效果變差。

2）溫度不宜過高。因到了一定溫度后，由于表面活性劑濁點的限制，會使表面活性分子析出，造成有效物含量下降，脫脂能力變弱。

2.2.19 什么是超聲波脫脂？

超聲波脫脂是將表面附著油污的工件放在脫脂溶液中進行化學脫脂、電化學脫脂或有機溶液脫脂的同時，施加一定頻率的超聲波振蕩配合它們的作用來進行脫脂的過程。超聲波脫脂不但能加快脫脂速度，而且能提高脫脂質量。超聲波由超聲波發生器產生，頻率一般在30kHz左右，小型工件使用頻率較高，大型工件使用頻率較低。超聲波脫脂的基本原理是空化作用，是指當超聲波作用于液體時，反復產生瞬間交替的負壓力和正壓力，在振蕩產生負壓力的半個周期內，液體中產生真空空穴，溶解于溶液中的氣體進入空穴中形成微小氣泡。接著在正壓力的半個周期內，氣泡被壓縮而產生破裂，瞬間產生巨大壓強，對溶液產生強烈的攪拌作用，使金屬表面附著的油脂脫離金屬表面，并且更容易去除工件表面深凹和孔隙處的油脂。雖然脫脂過程中的化學作用主要是依靠脫脂溶液本身的性質，但超聲波的引入能大大加強這些化學作用，從而顯著提高脫脂的效率和質量。

2.2.20 超聲波脫脂有何特點？

超聲波脫脂特點是對金屬基體腐蝕較小，脫脂和凈化效率較普通化學脫脂和電化學脫脂高，對尺寸較小、形狀復雜且表面有深凹孔的工件特別有效。使用超聲波可以降低脫脂溶液的溫度和濃度，并能分多步達到脫脂效果。超聲波是沿直線傳播的，因此難以到達被遮擋的區域，所以應使工件在脫脂槽內適當進行旋轉，以使其表面上各個區域都能得到超聲波的輻射，從而獲得最佳的脫脂效果。超聲波強化脫脂對于多孔隙的鑄件、形狀復雜的小型工件、壓鑄件以及經過拋光附有拋光膏油脂的工件，脫脂效果都優于一般脫脂方法。

2.2.21 如何控制噴淋脫脂時的出泡量？

噴淋脫脂是將脫脂劑直接噴射到工件表面進行的脫脂方法。脫脂槽中適量的泡沫有助于懸浮油污，對脫脂起到間接的促進作用，但噴淋脫脂槽的泡沫過多，會溢出槽外，導致脫脂槽液流失，液面下降，而液面過低或泡沫過多，都會影響噴射泵正常運轉，影響噴射壓力和流量，嚴重的還會停止工作。控制泡沫量的方法有以下三種：

1）添加消泡劑。消泡劑在氣泡液膜表面鋪展時，會自動帶走臨近表面層的溶液，使液膜局部變薄，直至液膜破裂。常見消泡劑的類型及特點如表2-35所示。

表2-35 常見消泡劑的類型及特點

2）選擇噴淋專用脫脂劑，并對泡沫指標進行專項檢查。

3）檢查設備的壓力和噴嘴位置、距離等是否合理。